激光加工技术最新进展简述

来源:元禄光电    关键词:激光刻蚀, 激光加工技术,    发布时间:2019-09-25

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目前,激光加工技术应用已经走入我们日常生活,成为材料加工的理想工具,如激光刻蚀、切割、焊接、打标等。与此同时,在激光技术及关键器件领域,研究人员也没有停下脚步。接下来,元禄光电为您整理了近期激光领域的相关进展。

 

一、实现最宽光谱暗孤子脉冲输出

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超短脉冲光纤天庄国际登录具有易操作、结构紧凑、性能稳定、成本低等特点,被广泛应用于高速光通信、光传感、光频梳、激光雷达、光谱分析、军事等相关领域,是目前光电子领域的研究热点之一。

 

北京邮电大学理学院刘文军、雷鸣等青年教师针对暗孤子脉冲产生技术的限制,理论分析了暗孤子脉冲产生的动力学行为,实验上实现了最宽光谱暗孤子脉冲输出。

 

基于非线性Schrodinger方程和复Ginzburg-Landau方程,通过改变光纤的非线性参数研究了暗孤子脉冲在光纤天庄国际登录中的传输特性,从理论上提出了减弱暗孤子脉冲相互作用的方法,在实验上实现了光纤天庄国际登录中暗孤子脉冲的稳定输出。

 

经理论计算,进一步优化了光纤天庄国际登录腔内色散与非线性参数,成功研制出最宽光谱暗孤子脉冲光纤天庄国际登录,并且通过拉锥光纤与可饱和吸收材料的协同优化,实现了最短脉宽为67 fs的混合锁模光纤激光输出。

 

该课题组还将之用于全光纤激光锁模,进一步实现了脉宽246 fs的锁模脉冲激光输出。据知这是迄今为止过渡金属硫化物全光纤锁模天庄国际登录所产生的最短脉宽报道。

 

二、微型紫外波段飞秒脉冲三倍频器效率提升三倍

华沙大学的研究人员已经研制了一种转换效率超过30%的微型三倍频器,通过级联二阶倍频器使得单束激光聚焦,以产生246fs的紫外脉冲。通过对非线性和双折射介质中聚焦的宽带光场的传播过程进行三维建模,就能够实现这种超小型高效变频器的设计。

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虽然先进的激光技术已经能够覆盖更宽的光谱区域,但是大约300nm的紫外波段激光仍然难以实现,特别是制造高强度的短脉冲紫外激光更是难上加难。

 

通常,科学家通过非线性的变频器,将近红外激光脉冲转换成紫外激光脉冲。但是变频器的调整极其复杂,而且其转换效率只有10%左右。

 

华沙大学研制的微型紫外波段飞秒脉冲三倍频器使得深紫外波段激光的制造成为可能。

 

三、激光单色性创新世界纪录

德国和美国科学家联合创造出了谱线宽度仅10毫赫兹(1毫赫兹为0.001赫兹)的激光,创下激光单色性的新世界纪录。

 

德国联邦物理技术研究院发布的新闻公报说,这是迄今离理想单色性最近的激光,用它测量原子频率可以让光子钟更加精确,还有助于光谱学和射电天文学研究等。

 

普通激光的线宽通常为几千赫兹到几百万赫兹,不适合精度要求特别高的实验。德国联邦物理技术研究所和美国实验天体物理联合研究所的科学家合作创造出两束波长约1.5微米的激光,对比印证显示其线宽为10毫赫兹。

 

这两束激光非常稳定,组成激光的所有光波都非常相似、振荡步调高度一致,能在每秒振荡194万亿次的情况下维持同步至少11秒。在这段时间里,该激光可以传播330万千米,相当于地球到月球距离的将近10倍。

 

四、具有最低窄线宽的片上天庄国际登录二极管

来自荷兰特温特大学MESA +纳米技术与芯片制造公司LioniX International的研究人员表示,已经开发出了世界上具有最低窄线宽的片上天庄国际登录二极管。

 

该可调谐磷化铟/氮化硅(InP-Si3N4)混合光子集成天庄国际登录具有290Hz的固有激光线宽以及81nm的光谱覆盖范围。

 

特温特大学团队负责人Klaus Boller指出,该天庄国际登录比任何其他片上天庄国际登录相干性高十倍(窄线宽低十倍)。

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研究人员表示,新的天庄国际登录将带来一系列广泛应用,包括控制5G移动互联网的手机线杆上的可移动天线,更快的光纤数据传输,以及更准确的GPS系统和用于监测建筑物和桥梁结构完整性的传感器等。

 

五、集成化100kHz窄线宽激光光源

近日,福建物构所承担的国家863计划信息技术领域课题“集成化100kHz窄线宽激光光源”(课题编号:2013AA014202)通过科技部高技术研究发展中心组织的专家验收。

 

该课题面向400Gb/s高速相干光通信系统对窄线宽天庄国际登录的特殊需求,开展了半导体增益材料生长激光增益芯片制备、光纤光栅设计和半导体天庄国际登录结构封装等方面的研究,研制出国产化基于双段式增益芯片的FBG外腔式窄线宽半导体天庄国际登录,实现了小型集成化、低功耗、低成本、高度稳定的窄线宽激光输出。

 

六、储存环自由电子激光

中国科学院上海应用物理研究所研究人员近日提出了一种基于储存环光源产生高亮度、全相干辐射光的新机制。研究表明,这种运行机制能够充分利用储存环电子束的特点,通过较简单的装置改造就能实现飞秒量级高峰值亮度X射线脉冲的产生,从而大幅增强储存环光源的性能。

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基于储存环的第三代同步辐射光源已经成为支撑物理、化学、材料、医学、生命科学等学科开展基础和应用研究的一种最主要的大科学平台。

 

第三代同步辐射光源具有平均亮度高、脉冲能量稳定和同时支持多用户运行等诸多优点。然而,受原理限制它也同时存在着峰值亮度较低、脉冲长度较长和纵向没有相干性等缺点。

为克服储存环光源的这些缺点,人们正在发展X射线自由电子激光。与此同时,近些年随着衍射极限储存环光源的发展,人们开始探索基于储存环产生全相干自由电子激光的可行性,并提出了一些新的方案。

 

七、硅基纳米天庄国际登录和光放大器

清华大学电子系“千人计划”专家宁存政教授长期研究半导体发光物理、纳米光子学、器件极端微型化制作及表征,曾在世界上首次制成尺寸小于半波长的电注入纳米天庄国际登录,并首次实现了电注入金属腔纳米天庄国际登录的室温连续模运转,是纳米激光技术领域的开拓型领军人物。

宁存政教授课题组一直致力于微纳光电子材料器件的物理及应用研究,不断突破天庄国际登录和光放大器尺寸小型化极限,为光电集成及其在未来计算机芯片上的应用进行前沿探索。十多年来,课题组专注开发纳米天庄国际登录和具有高光学增益的光放大器新材料,最近同时在这两方面取得重大突破。

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以上两项研究的另一重大意义在于硅基光电子集成和未来计算机芯片。众所周知,硅材料是目前微电子技术包括计算机芯片的基础,也是未来光电集成的极可能的基底材料。

 

但由于硅是一个效率极低的发光材料,所以未来光电集成芯片中需要以某种方式将其它发光材料与硅衬底集成。而这种集成也是近几十年来光电集成中悬而未决的难题。

 

通常做法是将发光效率高的III-V族化合物半导体与硅粘合在一起。与此相比,二维材料或是纳米线结构不会由于应力或晶格失配引起任何损伤或性能降低,为未来硅基光电集成提供了一个新的思路。